汽车电子电气架构发展演进

1 概述

电子技术在汽车系统上的应用是保证车辆新功能的硬件基础。电子电气设备的应用为今天的汽车提供了更高的性能，更舒适的驾驶体验，更高的安全水平及更低的尾气排放。随着计算机和网络技术的飞速发展，汽车工业开始了智能网联化发展，这要求汽车电子电气由提供非重要功能演变到辅助驾驶，从感知和驱动等系统执行器件演变为高性能、高负荷的处理模块。

这表明电子电气在汽车系统中扮演着越来越重要的角色，开始处理越来越复杂的功能性问题。将各类传感器、线束、控制器、各个系统和软硬件有机结合起来，构成集成化、功能化、智能化的电子电气系统已经成为必然趋势。随着汽车智能化的发展，汽车上车载电子元器件和电子控制单元的数量增加，汽车功能的越来越多、车载设备间通讯网络越来越复杂，对车载设备的性能要求越来越高。为了适应智能网联汽车的发展，对电子电气架构的发展也提出了新的要求。

2 电子电气架构发展

汽车电子电气系统架构的发展，由 20 世纪 80 年代最初的分布式架构逐渐发展为当前的高度智能和融合化（如图 1 所示）。

发展初期，不同的电子控制单元（ECU）通过等效网络接口通过通信链路连接，实现有效通信。而随着技术的发展，不同电子控制单元（ECU）合并以及硬件系统的集成化设计，使得汽车电子电气架构逐渐过渡到模块化和集成化，促进了不同电子控制单元（ECU）之间的相互通信和融合，这种变化趋势随着车辆智能网联化的需要会得到进一步的发展。而且，大数据和互联网技术的愈发成熟，使得人 - 车 - 环境多维度融合交互通信称为可能，使用大数据云处理器控制车辆也逐渐成为可能。

车辆智能网联化发展，带来车辆自身个体复杂程度的增加、车辆各系统之间的交互通信增加、车辆之间的互联通信增加。这对于电子电气的通信能力及架构的延展性提出更高的要求。车载电子电气架构的设计和搭建需要考虑的因素就更多。例如实时性需求、诊断服务请求等以整车功能导向为目标的要求。下面就当前市场应用及研究发展中的车载电子电气架构做详细介绍。

当前，汽车市场在用的车载电子电气架构主要以多域控制器为主，目前，国外主流主机厂一般采用主要采用以多域控制器及中央集中 + 区域控制器相结合的电子电气架构，将车辆分为不同的子模块即不同的域，比如动力总成域、底盘域、车身域、娱乐媒体域等。不同的域对域内的电子控制单元（ECU）进行整合，域内的 ECU 通过共享总线系统进行通信。中央网管用于连接不同的域，实现不同域之间的信息交互和数据通信。

其中，特斯拉 Model 3 的电子电气架构由 CCM（即自动驾驶及娱乐域控制模块融合）、前车身控制器、右车身控制器、左车身控制器所构成（如图 2 所示）。按照车辆的位置对车辆系统控制进行了区域划分，这样的控制器布置简化了线束，提高了系统效率。CCM 模块主要作为整车的决策中心，负责处理所有辅助驾驶相关的传感器。同时，对主要核心控制器进行数据处理、决策仲裁。各控制器之间通过共享总线系统进行通信，及时将监测到的车辆信息反馈给 CCM，保证与各控制器及 CCM 模块之间的实时通信。

另外，丰田公司提出了采用中央集中 + 区域控制器相结合的电子电气架构方案。这种方案为每个域集成高性能控制器，即域控制器，提供域内的通信和域外的连接。这种结构由于大部分数据交换发生在域内，减少了 ECU 内部来自中央网关的通信。有助于 ECU 在硬件系统上的集成化，有效降低了控制器成本。通过使用基于 Adaptive AUTOSAR 和 Classic AUTOSAR 的混合架构，实现便捷的固件升级以及功能的可拓展性。同时，该架构在硬件、线束布置上，减少了线束的长度、降低了线束的设计复杂程度，轻量化设计、降低重量。与此同时，在设备安装上，中央集中式电子电气架构逐步减少了控制器、ECU 的数量和线束长度，为后续固件升级预留更多的空间。

文章来源：《电子设计工程》 网址: http://www.dzsjgc.cn/zonghexinwen/2021/0515/1274.html